2. 1.LA CÉLULA COMO SISTEMA
DE MEMBRANAS
El conjunto de membranas y orgánulos
membranosos permite la
compartimentación total de la célula
La compartimentación permite la
especialización funcional de los orgánulos
La compartimentación es necesaria para
que la célula pueda varios procesos
simultáneos, muchos de ellos
incompatibles entre sí
3. FORMAS DE COMPARTIMENTACIÓN
EN CÉLULAS EUCARIOTAS
SISTEMAS
INTERNOS DE
MEMBRANA
RETÍCULO
ENDOPLASMÁTICO
APARATO DE GOLGI
ORGÁNULOS
MEMBRANOSOS
NÚCLEO
MITOCONDRIAS
PLASTOS
PEROXISOMAS
LISOSOMAS
VACUOLAS
4. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS
DE MEMBRANA
CÉLULAS PROCARIOTAS
Un único compartimento: citosol
La membrana celular es la encargada de realizar
todas las funciones asociadas a las actuales
estructuras membranosas: obtención de energía,
síntesis proteica y lipídica, síntesis de ATP..
CÉLULAS EUCARIOTAS
Su mayor tamaño requiere mayor superficie de
membranas, lo que se consigue mediante el
desarrollo de sistemas de membrana internos
5. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS
DE MEMBRANA
A partir de invaginaciones de la
membrana celular
Retículo endoplasmático, aparato de Golgi,
endosomas y lisosomas
A partir de relaciones de simbiosis entre
las primitivas células eucariotas y
bacterias
Mitocondrias y cloroplastos
6.
7. 2. LA MEMBRANA PLASMÁTICA.
COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA
La membrana citoplasmática representa el
límite entre la célula y el medio
extracelular
Solo es observable con microscopio
electrónico de transmisión debido a su
reducido grosor (7,5 nm)
9. LÍPIDOS
FOSFOLÍPIDOS, GLUCOLÍPIDOS Y
ESTEROLES
Todos tienen carácter anfipático, por lo que
forman micelas esféricas y bicapas lipídicas
Distribución asimétrica y heterogénea,
determinando zonas con diferente fluidez
Tienen posibilidad de movimiento,
proporcionando a la membrana fluidez o
viscosidad
10. Movimientos que pueden realizar
los lípidos
Rotación: giro de la
molécula lipídica en
torno a su eje. Es muy
frecuente
Difusión lateral: las
moléculas pueden
moverse libremente.
Es el más frecuente
Flip-flop: movimiento
de una monocapa a
otra. Es el menos
frecuente por ser
desfavorable
energéticamente
11. FACTORES QUE DETERMINAN LA
FLUIDEZ DE LAS MEMBRANAS
De la fluidez de la membrana dependen
importantes funciones como el transporte,
adhesión celular o función inmunitaria. La
fluidez depende de los siguientes
factores:
TEMPERATURA
NATURALEZA DE LOS LÍPIDOS
PRESENCIA DE COLESTEROL
12. PROTEÍNAS
Confieren a la membrana sus funciones
específicas y son características de cada
especie
Poseen movimientos de difusión lateral
La mayoría tienen estructura globular
Se clasifican en función del lugar que
ocupen en la membrana.
Intrínsecas
Extrínsecas
13.
14. GLÚCIDOS
En su mayoría son oligosacáridos unidos
covalentemente a proteínas y lípidos
Se localizan en la cara externa, constituyendo el
GLUCOCALIX
Las principales funciones son:
Protección
Relación con la matriz extracelular
Regular la viscosidad de las superficies celulares
Propiedades inmunitarias (antígenos)
Reconocimiento celular
Reconocimiento y fijación de determinadas
sustancias
15.
16. ESTRUCTURA DE LA
MEMBRANA
Fue determinada por Singer y Nicholson
(1972) a partir de datos obtenidos por
microscopía electrónica
El modelo propuesto es el de MOSAICO
FLUIDO
17. Modelo de mosaico fluido
Bicapa como red cementante, proteínas “embebidas” en la
bicapa e interaccionando pudiendo desplazarse lateralmente
Los lípidos y las proteínas integrales se disponen en mosaico
Distribución asimétrica de sus componentes
19. 3. FISIOLOGÍA DE LA
MEMBRANA
Las funciones de la membrana son:
1.
RECONOCIMIENTO DE SEÑALES
(TRANSDUCCIÓN)
2.
INTERCAMBIO DE SUSTANCIAS
1.
DE MOLÉCULAS DE POCA MASA MOLECULAR
DE MOLÉCULAS DE ELEVADA MASA
MOLECULAR
INTERACCIONES CON OTRAS CÉLULAS
20. TRANSDUCCIÓN DE SEÑALES
Es la respuesta de la célula a estímulos
externos.
Las células son capaces de responder debido a
la existencia de receptores de membrana.
Los receptores de membrana son proteínas que
reconocen de forma específica a una
determinada molécula-mensaje, que pueden ser
hormonas, neurotransmisores o factores
químicos
21. Transducción de señales
A la molécula mensaje se le denomina primer mensajero, y al
unirse al receptor de membrana induce un cambio en la
conformación molecular que produce una señal de activación de
una molécula o segundo mensajero. Éste actúa estimulando o
deprimiendo alguna actividad bioquímica.
Entre las moléculas que actúan como segundos mensajeros se
encuentran el AMPc y el GMPc
22. 4. INTERCAMBIO DE
SUSTANCIAS
La célula debe intercambiar numerosas
sustancias con el medio extracelular, como
metabolitos, nutrientes, productos resultantes
del catabolismo y sustancias de secreción.
La membrana actúa como un filtro selectivo
permitiendo el paso de determinadas sustancias
a favor o en contra de gradiente de
concentración, osmótico o eléctrico
23. Modalidades de transporte
MOLÉCULAS DE
BAJO PESO
MOLECULAR:
Transporte pasivo
MOLÉCULAS DE
ELEVADA MASA
MOLECULAR
Difusión simple
Difusión facilitada
Transporte activo
Bombas
Endocitosis
Fagocitosis
Pinocitosis
Mediada por receptor
Exocitósis
Transcitosis
24. 4. TRANSPORTE DE
MOLÉCULAS DE POCA MASA
MOLECULAR
TRANSPORTE
PASIVO:
A favor de gradiente
Sin consumo de
energía
Mecanismos
Difusión simple
A través de la bicapa
A través de canales
Difusión facilitada
TRANSPORTE
ACTIVO
En contra de gradiente
Con consumo de
energía
Mecanismos
Bombas (bomba Na+/K+)
25. Difusión simple
A través de la bicapa: sustancias solubles en
la bicapa (moléculas sin carga como O2,
CO2, etanol, urea, etc)
A través de canales: sustancias con carga
eléctrica (iones)
26.
Difusión como glúcidos, nucleótidos,
facilitada
Se transportan moléculas polares
aminoácidos, etc. Siempre a favor de gradiente
Se lleva a cabo a través de proteínas transportadoras o carriers,
que se unen a la molécula que va a transportar , sufriendo cambios
conformacionales que permiten la transferencia de la molécula de
un lado a otro.
27. Transporte activo
Se realiza en contra de gradiente (concentración, presión osmótica
o eléctrico), por lo que se consume energía
Sólo pueden realizarlo algunos tipos de proteínas denominadas
bombas
28. Bomba de sodio-potasio
La mayor parte de células animales tienen en su medio interno una
elevada concentración de K, mientras que la de Na es superior en
el medio extracelular
Las diferencias de concentración se deben a la actividad de la
bomba Na/K, que bombea simultáneamente tres Na+ hacia el
exterior y dos K+ hacia el interior
La bomba es responsable del mantenimiento del potencial de
membrana , que es la diferencia de carga eléctrica entre los dos
lados de la membrana: el exterior es positivo frente al interior
negativo
También regula el volumen celular e interviene en otros sistemas de
transporte ya que en algunas células es capaz de transportar
glucosa y aminoácidos al interior de la célula
29. 5. TRANSPORTE DE MOLÉCULAS
DE ELEVADA MASA MOLECULAR
ENDOCITOSIS
PINOCITOSIS (LÍQUIDOS)
FAGOCITOSIS (SÓLIDOS)
MEDIADA POR RECEPTOR
(MACROMOLÉCULAS)
EXOCITOSIS
TRANSCITOSIS
30. VESÍCULAS REVESTIDAS DE
CLATRINA
Desempeñan un papel importante en
todos los procesos de trasporte de
moléculas de elevada masa molecular.
En microscopio electrónico se observan
como vesículas rodeadas de
microfilamentos proteicos de clatrina
31. Vesículas revestidas de clatrina
Microfotografía electrónica que muestra numerosas
depresiones y vesículas revestidas de clatrina en la
superficie interna de la membrana plasmática de
fibroblastos en cultivo.
Las células se congelan rápidamente en helio líquido
y se fracturan para exponer la cara interna.
32. ENDOCITOSIS
La célula incorpora
partículas del medio externo Tipos de endocitosis:
PINOCITOSIS
mediante una invaginación
de la membrana.
(líquidos)
FAGOCITOSIS
Esta invaginación engloba
la partícula y se produce su
(microorganismos
estrangulación originandose
y restos celulares)
una vesícula que engloba el
MEDIADA POR
material ingerido.
RECEPTOR
Los lisosomas se unen a las
(macromoléculas)
vesículas para que el
material ingerido sea
degradado para poder ser
utilizado por la célula
37. Endocitosis mediada por receptor
Sólo se endocita la sustancia para la cual existe
el correspondiente receptor en la membrana.
Se forma un complejo ligando-receptor
Se desarrolla una vesícula endocítica revestida
Es un proceso para incorporar macromoléculas
como la insulina, el colesterol o el hierro
Es típica de macrófagos, histiocitos o neutrófilos
38.
39. EXOCITOSIS
Es el mecanismo por el que las macromoléculas
contenidas en vesículas citoplasmáticas son
transportadas desde el interior celular hasta la
membrana plasmática para ser vertidas al medio
extracelular.
Se requiere la fusión de la membrana de la
vesícula y la membrana plasmática, generando
un poro a través del cual se libera el contenido
de la vesícula
42. TRANSCITOSIS
Es el conjunto de fenómenos que permite a una
sustancia atravesar todo el citoplasma celular,
desde un polo a otro de la célula.
Implica un doble proceso endocitosis-exocitosis
Es típico de células endoteliales que constituyen
los capilares sanguíneos, transportándose
sustancias desde el medio sanguíneo hasta los
tejidos que los rodean.
45. -UNIONES COMUNICANTES
Pequeño espacio intercelular: permiten el
paso de pequeñas moléculas.
HENDIDURA SINÁPTICA: entre neuronas
UNIONES GAP: mediante conexones
46. -UNIONES ESTRECHAS
Sellan células adyacentes en los epitelios y
actúan como barreras al paso de moléculas
o iones a través de las superficies laterales
de éstas. Están formadas por una red de
proteínas que se distribuyen a lo largo de
todo el perímetro de la célula .
47. -UNIONES ADHERENTES O
DESMOSOMAS
Las células se mantienen unidas
mecánicamente haciendo que el conjunto
funcione como una unidad. Ej. músculo
cardíaco.
49. 7. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Sistema membranoso que se extiende
entre las membranas plasmática y nuclear
Divide el citoplasma en dos
compartimentos.
Espacio luminal o cisternal (en el interior del
RE)
Espacio citosólico (en el exterior del RE)
50.
51. RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO LISO
Y RUGOSO
El RE está constituidos por dos
compartimentos interconectados,
pero con distinta composición
química y función:
Retículo
endoplasmático
rugoso (RER)
Retículo
endoplasmático liso
(REL)
52. ESTRUCTURA DEL RETÍCULO
ENDOPLASMÁTICO RUGOSO
Lleva ribosomas adheridos a la
cara citosólica
Constituido por sacos aplanados o
cisternas y vesículas de tamaño
variable
Lumen ocupado por material poco
denso; en ocasiones puede
presentar inclusiones o cristales
Presente en todas las células
(excepto procariotas y glóbulos
rojos)
Muy desarrollado en células muy
activas en la síntesis de proteínas:
Células acinares del pancreas
Celulas secretoras de mucus en
el conducto digestivo
53. FUNCIONES DEL RETÍCULO
ENDOPLASMÁTICO RUGOSO
SINTESIS Y
ALMACENAMIENTO DE
PROTEÍNAS:
Se sintetizan en los ribosomas, pudiendo
quedarse en la membrana o pasar al lumen
para ser exportadas a otros destinos
GLUCOSILACIÓN DE LAS
PROTEÍNAS
Las proteínas con destino a otros
orgánulos o al exterior deben ser
glucosiladas. El proceso se realiza en
el lumen, ya que los oligosacáridos
pueden pasar del lado citosólico al
luminal debido al movimiento de flipflop del dolicol.
54. ESTRUCUTURA DEL RETÍCULO
ENDOPLASMÁTICO LISO
NO lleva ribosomas adheridos
Es una red tubular constituida por
finos túbulos y cuyas membranas
continúan con las del RER
Suele ser escaso en la mayor
parte de las células
Es especialmente abundante en:
Células musculares estriadas,
constituyendo el retículo
sarcoplasmático
Células intersticiales ováricas,
testiculares, de la corteza
suprarrenal, secretoras de
hormonas esteroideas
Hepatocitos
56. FUNCIONES DEL RETÍCULO
ENDOPLASMÁTICO LISO
SÍNTESIS DE LÍPIDOS: fosfolípidos, colesterol, y lípidos de membrana.
Los ácidos grasos se sintetizan en el citosol
CONTRACCIÓN MUSCULAR, mediante la liberación de Ca
DETOXIFICACIÓN: requiere procesos de oxidación, llevados a cabo por
2+
citocromos. Las células implicadas en detoxificación pertenecen a órganos como la piel, el
intestino, el pulmón, el hígado o el riñón.
LIBERACIÓN DE GLUCOSA: a partir de los gránulos de
glucógeno en los hepatocitos. Cuando se requiere energía, el glucógeno se degrada a glucosa6-fosfato en el citoplasma. El REL elimina el grupo fosfato y genera moléculas de glucosa que
penetran en el interior del REL para ser exportadas al torrente sanguíneo.
60. 8. EL APARATO DE GOLGI
Forma parte del sistema de endomembranas
Se encuentra en todas las células eucarioticas
excepto en glóbulos rojos de mamíferos
Fue descubierto en 1898 por Camilo Golgi
Está formado por una serie de sacos
membranosos aplanados y una serie de
vesículas
61. ULTRAESTRUCTURA
El aparato de Golgi está
constituido por
DICTIOSOMAS, que
constituyen un sistema
formado por la agrupación
de CISTERNAS, o sacos
aplanados y VESÍCULAS
asociadas
Puede presentar
continuidad con otros
componentes del sistema
de endomembranas como
el RE.
65. FUNCIONES DEL APARATO DE
GOLGI
Transporte y concentración de proteínas
Glucosilación de lípidos y proteínas
Formación del tabique telofásico en
células vegetales
Formación del acrosoma en el
espermatozoide
66. Transporte y concentración de
proteínas
1.
2.
3.
4.
Las proteínas exportadas por
el RER, englobadas en
vesículas se unen a la región
cis del dictiosoma
Fosforilación de las proteínas
Desplazamiento de una
cisterna a otra a través de
vacuolas condensantes
La concentración de las
proteínas va aumentando
conforme pasa por los
sáculos, desde la cara cis a la
cara trans del dictiosoma
67. APARATO DE GOLGI VISTOS
CON MICROSCOPIO
ELECTRÓNICO DE
TRANSMISIÓN
68. Espermatozoide
•El acrosoma deriva del aparato de
Golgi.
•Contiene enzímas hidrolíticas que
digieren los componentes de las
cubiertas del óvulo en el proceso de
fecundación
70. 9. LISOSOMAS, PEROXISOMAS
Y VACUOLAS
Todos son orgánulos redondeados,
rodeados de membrana
Contienen enzimas relacionadas con
procesos de digestión
71. LISOSOMAS
Función
Contienen enzimas hidrolíticas capaces
de degradar todo tipo de polímeros
biológicos
Actúan como un sistema digestivo celular.
Degradan material captado del exterior
por fagocitosis o pinocitosis, y del interior
celular (autofagia)
72. LISOSOSMAS
ESTRUCTURA
Lisosomas primarios:
formados a partir de vesículas
desprendidas del aparato de
Golgi
Vesícula endocítica o
fagosoma: se forma por
endocitosis
Lisosoma secundario o
fagolisosoma: se forma
cuando un lisosoma primario
se adhiere a un fagosoma. Las
enzimas hidrolíticas degradan
las sustancias útiles para la
célula.
Autofagosoma: se forma por
autofagia
73. PEROXISOMAS
Estructura y función
Pequeños orgánulos con gran variedad de
enzimas implicadas en distintas rutas
metabólicas
Oxidasas llevan a cabo reacciones de oxidación de
ácidos grasos y aminoácidos para obtener energía y
detoxificar la célula (hígado y riñón)
Catalasa elimina el H2O2 producido en las reacciones
de oxidación.
Glioxisomas producen la conversión de ácidos grasos
a glúcidos para la obtención de energía (ciclo del
glioxilato), proceso importante en células de semillas
en germinación
74. VACUOLAS
ESTRUCTURA
Orgánulos celulares a
modo de cisternas
membranosas,
características de células
vegetales (pero no exclusivas)
Constan de una
membrana que las
delimita (membrana
tonoplasmática)
En el interior se
encuentra el jugo
vacuolar amorfo.
77. 10. MITOCONDRIAS
Generalidades
Presentes en todas las células
eucarióticas aerobias
Realizan la mayoría de oxidaciones
celulares, produciendo la mayor parte del
ATP de la célula
Poseen su propio ADN, distinto del ADN
nuclear
78. MITOCONDRIAS
ULTRAESTRUCTURA
Membrana externa.
Contiene proteinas integrales llamadas
porinas, que forman grandes canales no
selectivo, que permiten el paso de grandes
moléculas
Membrana interna.
Presenta unos repliegues llamados crestas
mitocondriales. Contiene ATP-sintetasa,
proteínas de la cadena respiratoria,
enzimas de la β-oxidación, enzimas de la
fosforilación oxidativa y transferasas.
Partículas elementales F.
Son complejos de ATP-sintetasa, presentes
también en los cloroplastos
Matriz mitocondrial.
Gel con un 50% de proteínas (enzimas),
ADN y ARN,
Espacio intermembrana.
Situada entre las membranas externa e
interna. Contiene enzimas para fosforilar el
AMP y otros nucleótidos
79. MITOCONDRIAS
DISTRIBUCIÓN Y MORFOLOGÍA
El nº de mitocondria varía
dependiendo de las
necesidades energéticas
de la célula (en una célula hepática
puede haber 1600)
Al conjunto de
mitocondrias de una
célula se le denomina
condrioma celular
Su forma es variable,
pueden cambiar de
aspecto, fusionarse y
dividirse
80. MITOCONDRIAS
FUNCIONES
• Ciclo de Krebs (pag
196-197) Matriz
• Cadena respiratoria
(pag. 198-199)
Membrana interna
• Fosforilación
oxidativa (pag. 199)
Crestas
• β-oxidación de
ácidos grasos (pag.
202) Matriz
• Concentración de
sustancias en la
cámara interna
82. 11. PLASTOS
Son orgánulos exclusivos de células
vegetales
Están envueltos por una doble
membrana
Poseen su propio ADN
Se clasifican en dos grandes grupos:
LEUCOPLASTOS. Carecen de
pigmentos. Almacenan sustancias como
el almidón (amiloplastos), grasas
(oleoplastos) y proteínas (proteoplastos).
CROMOPLASTOS. Contienen
pigmentos como la clorofila
(cloroplastos) y ficoeritrina (rodoplastos)
83. CLOROPLASTOS
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Son de gran importancia biológica
ya que realizan la fotosíntesis,
transformando la energía lumínica
en química
Aparecen en el citoplasma, pero
no ocupan un lugar fijo ya que
están sometidos a la ciclosis del
citoplasma y movimientos activos
de tipo ameboide
Morfología:
Ovoides o lenticulares: en plantas
superiores
Forma de hélice (Spirogyra)
Forma de copa (Chalmydomonas)
Número variable, desde 20 a 40
hasta 400 000
Tamaño variable, observables al
MO
84. CLOROPLASTO
S
resto de membranas celulares, la
externa muy permeable a iones y
grandes moléculas y la interna
contiene proteínas transportadoras
Constituido por
ULTRAESTRUCTURA
•Doble membrana (externa e interna)
•Espacio intermembranoso
•Estroma (fase oscura)
•Tilacoides (fase luminosa)
MEMBRANA EXTERNA
E INTERNA: muy parecida al
TILACOIDES: sáculos
aplanados que pueden encontrar
aislados o superpuestos (grana) que
están conectados por los sacos
estromáticos. Posee complejos F1 y
pigmentos fotosintéticos En ellos se
realizan todos los procesos
fotosintéticos que requieren luz.
ESTROMA o matriz amorfa:
presenta ADN circular y ribosomas
(plastorribosomas). Es el lugar donde
se realizan las reacciones oscuras de
la fotosíntesis.
85.
86.
87. CLOROPLASTOS
FUNCIONES
FOTOSÍNTESIS
Reacciones dependientes de la
luz: producción de ATP y NADPH
(en los tilacoides)
Reacciones independientes de la
luz: fijación de CO2, formación de
glúcidos (en el estroma)
BIOSÍNTESIS DE ÁCIDOS
GRASOS, a partir de glúcidos, NADPH y
ATP
REDUCCIÓN DE NITRATOS A
NITRITOS, y estos a amoniaco
que se utiliza como fuente de
nitrógeno en la síntesis de
aminoácidos y nucleótidos
88. RESUMEN
LA MEMBRANA PLASMÁTICA ES UNA ESTRUCTURA VIVA
Es el límite entre el medio extracelular y el intracelular
COMPOSICIÓN QUÍMICA
• Lípidos, fosfolípidos, glucolípidos y
esteroles
ESTRUCTURA: modelo de
mosaico fluido
• Proteínas: intrínsecas y
extrínsecas
• Glúcidos: oligosacáridos
FUNCIÓN
• Intercambio de sustancias
• Reconocimiento de la información de origen extracelular y transmisión al
medio intracelular
• Reconocimiento y adhesividad celular
89. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA
MEMBRANA
A) MOLÉCULAS DE ELEVADA
MASA MOLECULAR
TRANSPORTE PASIVO
Difusión simple
Difusión facilitada
TRANSPORTE ACTIVO
Bomba de sodio/potasio
B) MOLÉCULAS DE POCA
MASA MOLECULAR
ENDOCITOSIS
Fagocitosis
Pinocitosis
Mediada por receptor
EXOCITOSIS
TRANSCITOSIS
90. PRINCIPALES ORGÁNULOS
MEMBRANOSOS
RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO
Sistema membranoso intracelular
Retículo endoplasmático liso
Retículo endoplasmático rugoso
LISOSOMAS
Orgánulos rodeados de membrana
que llevan en su interior enzimas
digestivas
CLOROPLASTOS
En su interior transcurre la fotosíntesis
MITOCONDRIAS
Orgánulos celulares relacionados con los
procesos de respiración celular
APARATO DE GOLGI
Sistema de endomembranas formado por sáculos aplanados